Лекции по Патологической Анатомии. Общий курс. М.А. Пальцев / Лекции по Патологической Анатомии. Общий курс. М.А. Пальцев

структуры частично разрушаются (в соответствии с уровнем их функционирования), а в период функциональной паузы они восстанавливаются.

Вследующий цикл деятельности органа восстановленные структуры будут функционировать, а разрушенные в предыдущий цикл функционирования будут регенерировать. Поэтому и в нормальных условиях в ткани любого органа наблюдается морфологическая гетерогенность — часть клеток или внутриклеточных структур разрушена,

вто время как их основная масса сохранена. Однако для осуществления постоянного ресинтеза разрушенных структур и регенерации клеток органа необходим определенный уровень образования энергии, что определяет функционально-морфологическую гетерогенность митохондрий. Этот принцип асинхронной работы одноименных структур сохраняется не только на тканевом уровне, но столь же четко проявляется на клеточном, ультраструктурном уровне и несомненно имеет место на молекулярном и генетическом уровнях. Образно этот механизм может быть обозначен как мобилизация имеющихся ресурсов. Он типичен для жизнедеятельности организма в условиях, когда колебания функциональной активности органов не выходят за физиологические границы, а наличный запас структур вполне достаточен для материального обеспечения этих колебаний.

Вусловиях патологии, характеризующейся гиперфункцией органов, количество одновременно функционирующих и, соответственно, разрушающихся структур резко возрастает, что требует повышенного обеспечения энергией не только гиперфункции, но и возросшего ресинтеза структур. По мере истощения энергетических возможностей для обеспечения ресинтеза все большее количество структур вынужденно функционировать одновременно и, соответственно, разрушаться. При декомпенсации патологически измененного органа функционально-морфологическая гетерогенность исчезает, и это означает прекращение функции органа.

Второй принцип состоит в том, что при более или менее длительной функциональной нагрузке, когда недостаточно включения

вактивную работу даже всех структур, которыми располагает орган, происходит увеличение числа функционирующих структур, т.е. их гиперплазия, соответствующая уровню возросшей функциональной нагрузки. Этот процесс охватывает все структурные уровни, начиная с молекулярного: амплификация или умножение числа генов, ускоренный синтез новых молекул белка, возрастание числа рецепторов

вклетках, увеличение количества клеточных органелл (митохондрий, эндоплазматического ретикулума, миофиламентов и др.),

193

сопровождающееся увеличением размеров клетки, и, наконец, возрастание числа клеток путем их деления. При этом, если функциональная масса возрастает за счет увеличения количества клеток, то объем самих клеток увеличивается незначительно. В тех же случаях, когда высокая функциональная нагрузка реализуется за счет гиперплазии ультраструктур, и их возросшая масса “не умещается” в прежнем объеме, он увеличивается, и возникает гипертрофия клетки. В органах, клетки которых не размножаются (миокард, центральная нервная система), этот процесс выражается исключительно в гиперплазии ультраструктур и гипертрофии клеток. Там же, где клетки способны размножаться, орган увеличивается как за счет гипертрофии клеток, так и за счет увеличения их числа. Пользуясь образным языком, можно сказать, что гиперплазия внутриклеточных органелл и клеток есть расширение производственных мощностей.

Гиперпластический процесс одинаково свойственен приспособительным и компенсаторным реакциям, хотя в условиях патологии гипертрофия (гиперплазия) достигает более высоких степеней, чем при физиологических нагрузках. Это обусловлено тем, что при заболеваниях гиперпластический процесс непрерывно наращивается по мере прогрессирования болезни, так как не устранена вызвавшая ее причина.

По своим механизмам (размножение клеток и внутриклеточных структур) близка гиперпластическому процессу и регенерация. Различаются они тем, что гиперплазия (гипертрофия) обычно развертывается в связи с необходимостью усиления функции, а регенерация для сохранения функций в физиологических условиях или для нормализации функции при повреждении органа и убыли части его массы. Физиологическая и репаративная регенерация — явление универсальное, свойственное не только тканевому и клеточному уровням, но и внутриклеточному и молекулярному (например, регенерация поврежденной структуры ДНК).

Третий механизм — рекомбинантные преобразования структур при сохранении их количества — отражает качественную сторону приспособительных и компенсаторных реакций. Существует множество факторов, для нейтрализации влияния которых мало одного усиления или ослабления функции, и требуются совсем иные ответные реакции организма. Чтобы приспособиться к воздействиям все возрастающего числа антигенов, вредных химических веществ, радиационных влияний и т.д., действию которых подвергается современный человек, биологические системы должны не только интенсифицировать свои функции, но и непрерывно перестраиваться для

194

метаболической нейтрализации влияния таких патогенных факторов. Эти перестройки, в основной своей массе развертываются на молекулярном уровне и аналогичны явлениям в области химии, именуемых изомерией и конформацией.

Примером таких рекомбинантных преобразований является возникновение в гиперфункционирующих клетках групп митохондрий так называемых кластеров митохондрий, которые образуются из нескольких митохондрий с помощью особых межмитохондриальных контактов. В связи с гиперфункцией клеток и внутриклеточных структур, особенно в стадии становления компенсаторных процессов, развивается выраженный энергетический дефицит из-за уменьшения крист митохондрий и нарушения синхронной функции этих органелл. Очевидно в таких условиях кооперация митохондрий посредством образования межмитохондриальных контактов позволяет восстановить их синхронное функционирование для обеспечения синтеза и транспортировки энергии к внутриклеточным структурам адекватно энергетическим потребностям гиперфункционирующего органа. Показано, что в кластерах митохондрий отчетливо возрастает активность протоннной АТФ-синтетазы и синтеза АТФ (Mitchell P., 1961). По мере снижения энергетического дефицита в клетках уменьшается количество кластеров митохондрий, и они становятся меньше. Вместе с тем образование межмитохондриальных контактов невозможно, если количество крист или самих митохондрий падает ниже какого-то порогового уровня, а количество образующейся энергии снижается настолько, что функция органа быстро угасает. Такая ситуация возникает либо в стадии становления, но при очень глубоком поражении органа, либо в стадии декомпенсации, характеризующейся энергетическим истощением гиперфункционирующих структур.

Положение о рекомбинантных преобразованиях позволяет понять, за счет каких механизмов происходит энергетическое обеспечение гиперфункции органов в тот период времени, когда еще нет гиперплазии внутриклеточных структур, т.е. материального субстрата, обеспечивающего относительно устойчивую компенсацию больного органа. Именно рекомбинантные преобразования, вероятно, позволяют увеличить образование энергии настолько, чтобы обеспечить и функцию, и ресинтетические процессы в клетках, испытывающих возросшую нагрузку. Данные о рекомбинантных преобразованиях расширяют существующие представления о механизмах качественных изменений в природе вообще и в живой природе — в особенности.

195

Четвертый принцип материального обеспечения гомеостаза состоит

в высокой способности биологических структур к временной синхронизации между началом действия раздражителя и развертыванием приспособительных и компенсаторных реакций. Очевидно, что чем больше сближены во времени действие фактора внешней среды и ответ на него организма, тем точнее и эффективнее приспособительная реакция, так как материальные ресурсы органа, вполне достаточные потенциально, но не реализованные вовремя, т.е. синхронно с действием патогенного фактора, не могут предотвратить разрушительного влияния этого фактора.

Одним из наиболее важных свойств приспособительных реакций организма в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды являются лабильность и гибкость процесса гиперплазии и особенно рекомбинационных преобразований структур, т.е. способность организма менять их интенсивность в зависимости от частоты и силы действия различных факторов внешней и внутренней среды. Суть этого состояния в том, что при разнообразных изменениях частоты действия раздражителя интенсивность новообразования и рекомбинации структур непрерывно меняются, устанавливаясь в каждый данный момент на уровне, предотвращающем возникновение их дефицита, не совместимого с жизнью.

В ответ на действие патогенного фактора организм не только вырабатывает ритм регенераторной реакции, адекватный частоте действия повреждающего агента, но и соответствующим образом быстро и точно меняет, перестраивает этот ритм при каждом изменении частоты и силы влияний окружающей среды. Речь, следовательно, идет о соотношении естественных (собственных) ритмов функционирования биологической системы с ритмами воздействий окружающей среды, в том числе патогенными. Если ритм действия патогенного фактора совпадает с ритмом обновления структур организма, последний оказывается адаптированным к данному фактору, поскольку к каждому очередному вредному воздействию успевает восстановить свою структуру, поврежденную после предшествующей атаки. Если же оба ритма не совпадают, особенно когда ритм действия патогенного агента чаще ритма обновления структур органа, то ритм регенерации структур этого органа перестраивается: он учащается настолько, чтобы прийти в соответствие с ритмом действия раздражителя и тем самым погасить его отрицательное влияние на орган.

Таким образом, приспособительные колебания функциональной активности органов материально обеспечиваются не просто изменениями числа активно функционирующих и интенсивно обнов-

196

ляющихся структур и их конформационными перестройками, а такими их изменениями, которые происходят в строгом временном соответствии с изменениями частоты и силы действия раздражителя. Поэтому можно говорить о том, что адаптация, приспособление — это прежде всего изменение и синхронизация скоростей биологических реакций. Диапазон этих изменений очень широк — в экстремальных условиях интенсивность биологических реакций возрастает в десятки раз.

Вместе с тем следует отметить, что эта способность организма к адаптационной перестройке интенсивности биологических процессов не безгранична. Существуют некоторые минимальные, более уже “несжимаемые” сроки развертывания такой перестройки, раньше которых эти процессы произойти не могут. Отмечено, например, что повышение активности ферментных систем после введения индукторов наблюдается спустя 5—6 ч. Радиоавтографические исследования свидетельствуют о том, что репликация ДНК происходит не ранее, чем через 24—30 ч после начала действия патогенного фактора, и как бы ни увеличивалась доза или частота его воздействия, этот срок не меняется. Еще позже (через несколько суток) развертывается иммунный ответ на попадание в кровь патогенных микроорганизмов. Следовательно, существует некоторый латентный период между моментом действия раздражителя и временем мобилизации организмом материальных ресурсов для его нейтрализации. В течение этого периода могут возникнуть серьезные, а, может быть, и необратимые повреждения органов и тканей. Однако, как правило, этого не происходит вследствие того, что клетка использует те материальные ресурсы, которые у нее имеются к моменту действия раздражителя. Это, в частности, выражается в резкой интенсификации синтеза РНК за счет включения в работу структур, до этого активно не участвующих в синтезе, причем происходит это практически одновременно с началом действия раздражителя. По своему значению для сохранения жизни поврежденной клетки усиление синтеза РНК можно рассматривать как экстренную, а усиление синтеза ДНК — как долгосрочную, радикальную меру. Как экстренные меры могут быть использованы клетками и конформационные преобразования структур. Таким образом, еще раз подтверждаются представления о немедленной, срочной и более фундаментальной, долгосрочной формах адаптации. Если организм все же не успевает перестроиться и перейти на ритм работы, соответствующий ритму действия раздражителя, возникают дистрофические и даже некротические изменения тканей, которые сопровождаются функциональными расстройствами.

197

При прерывистом действии на организм разнообразных факторов среды (химических, физических, психических и др.) дефицит времени, нехватка его для полного завершения регенераторного процесса между очередными воздействиями являются одной из наиболее частых неспецифических причин возникновения структурнофункциональных нарушений органов и систем. Становится ясным, почему сильные внезапные отрицательные воздействия несравненно опаснее для организма, чем, может быть, столь же сильные, но постепенно нарастающие влияния. Так, известно, что острая кровопотеря 400—500 мл крови может привести пострадавшего к смерти,

вто время как длительная кровопотеря, например, при геморрое или дисфункциональных маточных кровотечениях, может суммарно значительно превышать 600—700 мл, однако от этого больные не умирают. Это происходит потому, что в первом случае имеющегося числа ультраструктур клеток, прежде всего костного мозга, для реализации срочной адаптации недостаточно, а для их гиперплазии необходимо время, которого нет. Во втором же случае, т.е. когда сила действия повреждающего фактора нарастает постепенно, система успевает развернуть свои потенциальные мощности и выдержать экстремальное воздействие.

Вэтом же состоит и структурная основа тренированности организма к различным патогенным воздействиям. В результате тренировки происходит адекватная гиперплазия ультраструктур и гипертрофия клеток, и у такого организма заранее оказывается запас материальных ресурсов больший, чем в норме (так называемая “профилактическая гиперплазия”, по Саркисову Д.С.), за счет чего и обеспечиваются более высокая эффективность и надежность срочной адаптации. Однако структурная основа тренировки состоит еще и в том, что в процессе ее происходит “усовершенствование” способности биологических ритмов организма перестраиваться, т.е.

вболее короткие сроки менять свой режим и приводить его в соответствие с частотой и силой действия раздражителя. При этом необходимо еще раз подчеркнуть, что какой бы ни была форма адаптации

вкаждом конкретном случае, будь это даже самая срочная, практически немедленная адаптация, она никогда не осуществляется на чисто функциональной основе, всегда имея под собой соответствующую материальную базу.

Пятый принцип структурного обеспечения постоянства внутренней среды организма заключается в широчайшем дублировании физио-

логических функций. Та или иная функция организма, тот или иной показатель его физиологического состояния, как правило, обеспе-

198

чивается работой не какого-либо одного, а нескольких разных видов клеток и систем. Так, например, в регуляции уровня артериального давления участвуют клетки мозгового (адреналин) и коркового (кортикостероиды) вещества надпочечников, почек (ренин), половых желез, энтерохромаффинных клеток слизистой оболочки желудоч- но-кишечного тракта (серотонин), гломусных клеток артериовенозных анастомозов и синокаротидных зон и еще ряда других систем. Многие виды клеток работают как синергисты-дублеры в гормональной системе, в системе гемостаза, секреторной деятельности желудочно-кишечного тракта и др.

Принцип дублирования в структурном обеспечении гомеостаза выражается не только в том, что та или иная функция поддерживается работой разных клеток, но и в том, что тот или иной тип клетки часто выполняет не одну, а несколько функций. Например, известно, что фибробласты продуцируют не только различные типы коллагена, но и гликозаминогликаны, и эластин; так называемые миофибробласты функционируют в зависимости от обстоятельств преимущественно

внаправлении или миогенеза, или фибриллогенеза; клетки гладких мышц не только обладают сократительной функцией, но участвуют в выработке волокнистых структур и в образовании коллагена IV типа базальных мембран; тучные клетки (лаброциты) продуцируют несколько совершенно различных биологически активных веществ; практически все клетки организма помимо своей специфической функции выполняют еще и неспецифическую, заключающуюся

ввыработке таких важных веществ общерегуляторного назначения, как простагландины, кейлоны и др.; все клетки фагоцитируют апоптозные тела, т.е. обладают определенной возможностью фагоцитоза. По-видимому, в процессе эволюции значительное число клеток, а может быть, и все клетки организма, приобрели способность выполнять не только одну, главную для них функцию, но и второстепенные, менее заметные функции. Особенно четко это проявляется в условиях патологии, когда требуется компенсировать избирательное нарушение той или иной функции организма.

Полифункциональность клеток, дублирование разными типами клеток одной функции и, наоборот, выполнение одной клеткой разных функций имеют глубокую молекулярную основу, в чем, в частности, проявляется известный принцип “один ген — разные функции и несколько генов — одна функция”. Биологический смысл полифункциональности клеток и дублирования ими сходных функций состоит в том, что при этом существенно повышаются компактность, потенциальные возможности и надежность (прочность) всей

199

системы в целом, т.е. всего организма. Действительно, исходя из огромного числа функций на всех уровнях — от организменного до молекулярного, “приуроченность” каждой из них только к тому или иному органу потребовала бы значительно большего числа органов и объема всего организма, что биологически нецелесообразно. Поэтому компактность системы обеспечивается совмещением клетками каждого органа нескольких функций. Наличие материальной базы, морфологических структур для той или иной функции в нескольких органах позволяет при необходимости интенсифицировать эту функцию в значительно большей степени, чем если бы она была присуща только одному органу, и именно это значительно расширяет потенциальные возможности организма. Наконец, рассредоточение одной и той же функции по разным органам обеспечивает неизмеримо большую возможность для восстановления этой функции и сохранения ее в случае действия патогенных факторов на один из органов.

Еще один важный источник огромных резервных мощностей организма состоит в том, что гиперплазия структур, обусловливающая приспособительную интенсификацию какой-либо одной функции, как правило, сопровождается торможением других, в данный момент не столь важных функций, т.е. автоматическим исключением из активной деятельности соответствующих этим менее важным функциям ультраструктур клеток и переходом их в состояние покоя. Так, при интенсивной работе той или иной системы органов многие другие системы снижают интенсивность своего функционирования

— возбуждение одних эмоций, как правило, сочетается с резким угнетением других, в одной и той же клетке адаптивная интенсификация выработки одних ферментов обязательно сопровождается ингибированием продукции других и т.д. Это свидетельствует о том, что организму в высшей степени свойственна способность экономить материальные ресурсы и максимально концентрировать их на главном участке развертывания приспособительной реакции в каждый данный момент. Это свойство одинаково четко прослеживается на всех уровнях организации живой материи.

Компенсаторные и приспособительные реакции обычно активируются сразу на всех уровнях организации лишь в тех случаях, когда имеются грубые повреждения, одномоментно выводящие из строя крупные участки органов и тканей (например, при механической травме, ожоге и т.п.). Чаще эти защитные реакции начинаются с “нижних”, глубинных уровней (молекулярного или ультраструктурного), постепенно распространяясь все “выше” по мере нарастания повреждения. В этом отношении особого внимания заслуживают

200

реакции, которые развертываются на внутриклеточном уровне при длительном действии слабых патогенных раздражителей. В этих случаях не наблюдается обычных признаков повреждения тканей, отсутствуют воспаление и другие типовые защитные реакции, и ответ организма на воздействие патогенного фактора ограничивается тончайшими внутриклеточными адаптационными перестройками, не отражающимися на гомеостазе в целом. В случае сохранения действия причины, вызвавшей такие ультраструктурные перестройки, они лишь спустя длительное время начинают сопровождаться характерными чертами того или иного патологического процесса. Речь при этом идет о конформационных изменениях генетического аппарата и молекул белков, об адаптивной перестройке ферментных систем и других изменениях, возникающих в ответ на патогенные воздействия. Они сопровождаются соответствующими изменениями мембранного аппарата клеток, становящимися все боле заметными по мере действия раздражителя. Этот длительный период внутриклеточных адаптационных перестроек, в течение которого осуществляется постепенный переход от так называемого здоровья к явным патологическим изменениям тканей, в настоящее время представляет собой чрезвычайно важный раздел патологии.

Из всего изложенного следует, что компенсаторные и приспособительные реакции являются важнейшими реакциями целостного организма, обеспечивающими сохранение гомеостаза как в процессе нормальной жизнедеятельности, так и при различных болезнях. Именно эти реакции лежат в основе того, что теперь принято называть надежностью биологических систем. Конкретные проявления этой способности организма могут быть самыми разнообразными. Надежность биологических систем может проявляться в стойкой невосприимчивости к инфекционным агентам (иммунитет), в способности нейтрализовать действие даже сильных ядов (детоксикация), в исключительной выносливости организма по отношению к физическим нагрузкам, колебаниям уровня кислорода во вдыхаемом воздухе, сильным перепадам температуры окружающей среды и т.п. Во всех этих случаях в действие включаются различные системы организма, усиливают свою работу разные ткани и клеточные элементы, продуцируются разнообразные биологически активные вещества. Но при почти бесконечном разнообразии этих ответов организма на действие факторов окружающей или внутренней среды все они основываются на использовании относительно небольшого количества регуляторных механизмов и структурно выражаются в виде различных вариаций из ограниченного числа таких реакций, как

201

регенерация, гиперплазия, конформационные преобразования структур, дублирование функций и изменение скоростей биологических реакций в соответствии с ритмом воздействий факторов окружающей среды.

Эти реакции являются типовыми, или стереотипными, не только потому, что с их помощью организм приспосабливается ко всему разнообразию физиологических и патогенных факторов, но и в связи с тем, что все они в одинаковой степени свойственны и стереотипны в своих проявлениях для всех уровней организации: молекулярного (генетического, биохимического), ультраструктурного, клеточного, тканевого, органного, системного.

Вцелостном организме, в котором все взаимосвязано, взаимообусловлено, все взаимодействует и практически нет каких-то строго изолированных реакций, интенсификация приспособительных

икомпенсаторных процессов в том или ином органе обязательно сопрягается с такими же реакциями в ряде других органов и систем. В целом это способствует повышению мощности и эффективности ответа всего организма на определенное воздействие. Например, благоприятное влияние физической тренировки связано с усилением функции не только непосредственно ответственной за это мышечной системы, но и с оптимизацией ее связей с респираторной, гемодинамической и другими системами организма.

Впрактике очень важно понимание принципиальной разницы между состоянием высокой компенсации патологических изменений при той или иной болезни, с одной стороны, и процессом выздоровления от нее, с другой. И в том, и в другом случае человек чувствует себя одинаково хорошо и окружающим кажется вполне здоровым. Однако даже при полной компенсации нарушенных функций он остается больным и, что еще хуже, болезнь продолжает прогрессировать, морфологические изменения органов непрерывно нарастают. И только благодаря крайнему напряжению компенсаторных реакций болезнь клинически не проявляется и нередко уже тяжело больной человек продолжает считаться практически здоровым. Только когда начинают истощаться компенсаторные реакции и их уже не хватает для нейтрализации деструктивных изменений, тогда появляются первые клинические симптомы, ошибочно расцениваемые как начало болезни. На самом же деле уже имеет место декомпенсация морфологических структур и нарушение функции, т.е. несостоятельность компенсаторных реакций. Особенно трагично то, что состояние декомпенсации нередко начинает проявляться тогда, когда болезнь уже далеко заходит в своем развитии и больной нередко становится инкурабельным.

202